Evaluación del impacto de la red mundial de telecomunicaciones submarinas en las reservas de carbono orgánico sedimentario

Jun 05, 2023

Nature Communications volumen 14, Número de artículo: 2080 (2023) Citar este artículo

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El secuestro de carbono orgánico en los sedimentos del fondo marino juega un papel clave en la regulación del clima global; sin embargo, las actividades humanas pueden perturbar las reservas de carbono previamente secuestradas, lo que podría reducir la capacidad del océano para almacenar CO2. Estudios recientes revelaron profundos impactos en el fondo marino y la pérdida de carbono sedimentario debido a la pesca y el transporte marítimo, pero la mayoría de las demás actividades humanas en el océano se han pasado por alto. Aquí, presentamos una evaluación de la perturbación del carbono orgánico relacionada con la red de cable de telecomunicaciones submarinas de extensión mundial. Se han perturbado hasta 2,82–11,26 Mt de carbono orgánico en todo el mundo como resultado del enterramiento de cables, en profundidades de agua de hasta 2000 m. Si bien es un orden de magnitud menor que el perturbado por la pesca de fondo, es una cantidad no trivial que está ausente de los presupuestos mundiales. Los futuros desarrollos en alta mar que perturben el lecho marino deberían considerar la protección de las reservas de carbono, en todo el espectro de industrias de la Economía Azul.

Los sedimentos marinos son la mayor reserva de carbono orgánico en la Tierra y este secuestro juega un papel clave en la regulación del clima global1,2,3,4. Sin embargo, si las reservas de carbono orgánico previamente enterradas se perturban y exhuman, esto puede conducir a la remineralización del carbono a CO2 (lo que podría aumentar potencialmente la acidificación del océano), limitando la capacidad del océano para almacenar CO2 adicional y potencialmente aumentando la construcción. del CO2 atmosférico3,4,5,6. Las reservas de carbono sedimentario pueden verse alteradas de forma episódica por eventos naturales, como inundaciones, tormentas que resuspenden los sedimentos del fondo marino poco profundo o grandes deslizamientos de tierra submarinos provocados por terremotos7,8,9,10,11. Además de estos eventos naturales, se reconoce cada vez más que las actividades humanas que afectan el fondo del océano (p. ej., pesca, minería, exploración de petróleo y gas, extracción de áridos, anclaje) desempeñan un papel importante en la liberación de carbono orgánico previamente enterrado, con intensidad y la extensión espacial crece por el mayor uso de los recursos marinos y el Crecimiento Azul2,3,4,12,13,14,15,16. Se estima que el 1,3 % del suelo oceánico mundial se arrastra cada año (∼5 × 106 km2), lo que podría liberar cantidades similares de carbono orgánico sedimentario a la labranza agrícola en tierra17. No está claro en qué medida otras actividades humanas liberan carbono previamente enterrado; en gran parte debido a la falta de acceso a los conjuntos de datos de la industria que permiten la cuantificación de esa perturbación. Esta limitación inhibe la evaluación de los impactos del alcance total de las actividades humanas en la eficiencia del entierro de carbono en todo el mundo. Aquí, evaluamos el impacto potencial de uno de los sistemas de infraestructura más extensos de nuestro planeta: la red de cables de telecomunicaciones submarinos que se extiende por más de 1,8 millones de km a través del océano global (Fig. 1).

Las rutas de cable están codificadas por colores (de blanco a azul oscuro) según la profundidad del agua (m). Batimetría derivada de GEBCO_2022 Grid, GEBCO Compilation Group (2022) GEBCO 2022 Grid. B Extensión de las rutas de cable en profundidades de agua de hasta 2000 m ilustradas como líneas negras, superpuestas al mapa de distribución global de las reservas de carbono sedimentario en el primer metro por debajo del lecho marino de Atwood et al.2. El gráfico circular insertado muestra la longitud relativa de todas las rutas de cable que cruzan diferentes dominios fisiográficos, según el mapeo geomórfico global63. Esquemas de países obtenidos de datos vectoriales gratuitos de Natural Earth.

Más del 99% de todo el tráfico de datos digitales internacionales se enruta a través de más de 400 sistemas de cables submarinos interconectados (Fig. 1A), que sustentan Internet, permiten el trabajo remoto, transacciones financieras por valor de billones de dólares por día y conectan estados insulares remotos para sostener su desarrollo económico18,19. Estos cables, que se colocan directamente en el lecho marino o se entierran y suelen tener un diámetro equivalente al de una manguera de jardín (pero pueden aumentar hasta 4 o 5 cm de diámetro en aguas poco profundas para acomodar una armadura de alambre de acero integral para su protección), son vulnerables a los daños. por amenazas externas que pueden detener las conexiones y/o reducir significativamente el ancho de banda, lo que requiere reparaciones costosas y logísticamente desafiantes. El análisis de una base de datos de la industria global reveló que cada año ocurren aproximadamente 150 a 200 fallas en los cables, la mayoría (60 a 70 %) causadas por la actividad humana en <200 m de profundidad del agua18. Las principales causas son la pesca (41% de las averías) y los lanzamientos accidentales de anclas de los buques (16%). La pesca de arrastre de fondo es el tipo de pesca más común que interactúa con los cables submarinos, ya que ocurre en la mayoría de las plataformas continentales y cubre grandes áreas del lecho marino13,18,19,20. En áreas de actividad humana potencialmente dañina, los cables se entierran para protegerlos mediante técnicas intrusivas de excavación de zanjas, arado o lanzamiento a chorro21 (Fig. 2). Las fallas en los cables causadas por la pesca de arrastre de fondo generalmente se relacionan con el arrastre de tablas de estriberas pesadas (0,1 a 8 toneladas) que pueden penetrar decenas de centímetros en sedimentos blandos y el enganche de pesos diseñados para agitar el lecho marino para capturar peces y mariscos18,22. El agotamiento de las poblaciones de peces (impulsado en gran medida por la sobrepesca) ha estimulado un impulso de la pesca demersal hacia aguas más profundas en varias regiones15,23, lo que significa que cada vez es más necesario enterrar cables en partes del talud continental (en profundidades de agua de hasta 1500 m), además de la plataforma continental. En algunas áreas (p. ej., el Atlántico nororiental y el Océano Pacífico oriental), se pueden enterrar cables a una profundidad de agua de hasta 2000 m, debido a la expansión de la actividad pesquera a mayores profundidades marinas24. En aguas profundas, donde la pesca y otras actividades perturbadoras son raras (es decir, se producen menos de cuatro fallas en los cables en alta mar por año19), los cables de telecomunicaciones no están blindados y se colocan directamente sobre el lecho marino, lo que provoca una perturbación muy pequeña de los sedimentos25,26,27 .

Los dispositivos incluyen arado A, B, chorro C y zanjadora mecánica D. En E se muestra una fotografía de una zanja empinada de 0,5 m de ancho a 1242 m de profundidad del agua que se excavó utilizando un chorro en sedimentos cohesivos consolidados (modificado de 21). Fotografías A–D cortesía de Global Marine Group.

Estudios previos han investigado las interacciones ambientales de los cables de telecomunicaciones submarinos y concluyeron que, por lo general, ejercen impactos físicos benignos o menores en la ecología del fondo marino25,26,27. Sin embargo, se ha demostrado recientemente que la perturbación por actividades humanas en alta mar, como la pesca de arrastre, el dragado de agregados y el anclaje, pueden eliminar el carbono previamente enterrado de los sedimentos del fondo marino16,17,28. Sin embargo, hasta la fecha, ningún estudio ha considerado los volúmenes de sedimentos y carbono orgánico contenido perturbados como resultado del enterramiento de cables, especialmente considerando que se perturbarán profundidades mayores (es decir, hasta 2 m) por debajo del fondo marino que la actividad pesquera. Aquí, nuestro objetivo es evaluar este problema a escala global con el fin de informar estrategias de gestión más eficientes para minimizar la liberación futura de carbono. Hacemos esto respondiendo a las siguientes preguntas. Primero, ¿cuál es la huella global de la alteración del fondo marino por el enterramiento de cables y cuál es el volumen total de sedimentos que ha sido perturbado por la instalación de cables hasta la fecha? En segundo lugar, ¿qué volumen de carbono orgánico ha sido perturbado por el entierro de cables y cuál es la pérdida probable de carbono previamente secuestrado como resultado de la actividad de entierro de cables? Tercero, ¿cómo se comparan los volúmenes alterados de sedimentos y carbono orgánico con otros procesos naturales y actividades humanas? Finalmente, ¿dónde el carbono orgánico es más vulnerable al entierro de cables según los puntos críticos regionales de carbono orgánico reactivo?

En este estudio, informamos una evaluación global de los impactos del entierro de cables en las reservas de carbono orgánico sedimentario a través de la integración de una base de datos global que documenta la extensión y ubicación de los cables de telecomunicaciones submarinos, con una distribución modelada de carbono orgánico alojado en sedimentos oceánicos modernos en todo el mundo. (entrenados con >11.000 puntos de muestreo)2,29. Mostramos cómo hasta 2,82–11,26 Mt de carbono orgánico en todo el mundo han sido perturbados por el enterramiento de cables, y ubicamos esta cifra en un contexto más amplio a través de la comparación con los procesos naturales y otras actividades humanas.

Como caso base, asumimos que los cables en la plataforma continental (que representan el 16 % de la longitud total del cable en todo el mundo) y en el talud continental hasta una profundidad de agua de 1500 m (13 %) están todos enterrados (Fig. 3). Debajo de estas profundidades de agua, algunos, pero no todos los cables están enterrados; por lo tanto, por conservadurismo también incluimos cables tendidos entre 1500 y 2000 m de profundidad del agua (5%); la longitud restante del cable (es decir, el 66 %) se coloca directamente sobre el lecho marino y no se entierra. Suponemos un rango de profundidades de enterramiento (0,5 a 2,0 m) y ancho de perturbación del fondo marino21 (0,5 a 1,0 m) (ver Métodos). La integración de estas dimensiones excavadas indica que el volumen húmedo acumulativo de sedimento que podría haber sido perturbado por las actividades de enterramiento de cables hasta la fecha puede llegar a 0,13–1,05 km3 en profundidades de agua de hasta 1500 m (Tabla 1). Suponiendo que la perturbación se extiende a una profundidad de agua de 2000 m, produce un volumen adicional de sedimentos perturbados de 0,02 a 0,17 km3, lo que hace un total de 0,15 a 1,22 km3 de sedimentos perturbados (un promedio de 0,004 a 0,04 km3 por año desde el inicio de los registros).

A Vista general del mapa global y acercamiento a las regiones que cuentan con puntos de acceso localizados, incluidos (B) el Sudeste Asiático y (C) el Mar del Norte Meridional, el Mar Báltico y el Mar Mediterráneo. Esquemas de países obtenidos de datos vectoriales gratuitos de Natural Earth.

Las estimaciones globales publicadas de carbono orgánico sedimentario generalmente se enfocan en los primeros 5 a 10 cm por debajo del lecho marino30; sin embargo, el enterramiento de cables afecta a mayores profundidades21. Para inferir las existencias de carbono sedimentario potencialmente perturbadas por las actividades de enterramiento de cables, utilizamos un modelo global que da cuenta de las existencias dentro del primer metro por debajo del lecho marino2 (Fig. 1B). En ausencia de un conjunto de datos global que se extienda por debajo de un metro, asumimos necesariamente que existe una concentración similar de carbono orgánico a una profundidad de dos metros (es decir, la profundidad máxima de enterramiento de cable evaluada aquí). Aceptamos que esto puede dar como resultado una reserva de carbono perturbada sobreestimada para ese metro inferior, y esta brecha de datos claramente subraya la necesidad de una mayor restricción para estudios futuros. En este modelo, la mediana de las reservas de carbono en los taludes continentales de todo el mundo es de 8632 Mg/km2, que es similar a la que se encuentra a lo largo de las rutas de cable entre 200–1500 m (8690 Mg/km2) y 1500–2000 m (9087 Mg/km2) Profundidad del agua. El valor medio de las reservas de carbono en los sedimentos de la plataforma continental en todo el mundo es de 18 666 Mg/km2 2 , pero el valor medio encontrado a lo largo de las rutas de cable en las plataformas continentales es menos de la mitad de ese valor, 8880 Mg/km2. Por lo tanto, muchos de los puntos críticos globales de carbono orgánico sedimentario en la plataforma continental no son atravesados ​​por rutas de cable. Calculamos las existencias de carbono alteradas con base en las existencias de carbono sedimentario mapeadas2 a lo largo de las rutas del cable. Suponiendo el escenario de entierro más conservador de hasta 2000 m de profundidad del agua, el volumen estimado de sedimentos perturbados en la plataforma continental y el talud equivale a una reserva de carbono orgánico sedimentario perturbado de entre 2,82 y 11,26 Mt (Tabla 1), de las cuales contribuciones casi iguales provienen de perturbaciones en la plataforma continental (51%) y el talud (49%). Existe una considerable variabilidad geográfica en las reservas de carbono que pueden haber sido perturbadas por las actividades de enterramiento de cables (Fig. 3), particularmente entre diferentes cuencas oceánicas (Fig. 4). El Mar Báltico se destaca como la región principal donde los cables se cruzan con las concentraciones más altas de carbono orgánico sedimentario, seguido por el Océano Pacífico y el sur de China y los mares archipelágicos del este que también presentan altas concentraciones relativas de carbono a lo largo de las rutas de los cables (Fig. 3 y 4). ).

Las existencias de carbono sedimentario dentro de 1 m superior por debajo del lecho marino a lo largo de las rutas de cable A se muestran donde los valores se encuentran en el cuartil superior de todos los valores en todo el mundo. Esquemas de países obtenidos de datos vectoriales gratuitos de Natural Earth. Diagramas de caja y bigotes B que muestran la distribución de las existencias de carbono orgánico dentro del metro superior por debajo del lecho marino a lo largo de las rutas de cable en diferentes cuencas oceánicas del mundo. Los recuadros muestran los percentiles 25 y 75 con la mediana anotada en el medio, mientras que los bigotes muestran el rango completo de datos.

Determinar cuánto de esos stocks perturbados se pierden (es decir, se oxidan y no se vuelven a secuestrar) es un tema mucho más desafiante. La perturbación del lecho marino puede eliminar físicamente el carbono orgánico a través de la erosión, que posteriormente se volvería a depositar en otro lugar con poca o ninguna pérdida neta de carbono orgánico, mientras que otra fracción de carbono orgánico puede oxidarse y degradarse en dióxido de carbono acuoso como resultado de la exposición del sedimento al agua suprayacente oxigenada. Cuantificar la pérdida de carbono orgánico a través de cada mecanismo es complicado, y los estudios han intentado estimar la liberación de carbono orgánico de la perturbación de arrastre de fondo, a menudo con resultados contrastantes17,31,32,33,34,35. Los estudios centrados en la plataforma y el talud continentales en el Mediterráneo y el Mar del Norte encontraron tasas de remineralización del 20% al 60% para el carbono orgánico del fondo marino perturbado por la pesca de arrastre en aguas profundas17,31,32. Estas tasas de remineralización fueron más altas en las áreas afectadas por la mayor frecuencia de arrastre de fondo; sin embargo, dado que el entierro de cables es una actividad única, se considera que las tasas de remineralización más altas son poco probables. Asumiendo especulativamente la tasa de pérdida más baja (es decir, 20%) de estos estudios, daría como resultado una pérdida acumulada de 0,144–1,17 Mt de carbono orgánico previamente enterrado en la plataforma continental y 0,136–1,09 Mt en el talud continental (un total de 0,280 Mt). –2,25 Mt globalmente). Sin embargo, hasta la fecha, ningún estudio ha estudiado específicamente los efectos del entierro de cables en la perturbación del carbono a escala de campo y aún no está claro si los hallazgos de la pesca de arrastre de fondo son realmente aplicables al entierro de cables. En consecuencia, sigue existiendo una incertidumbre considerable sobre el destino del carbono orgánico sedimentario perturbado por el enterramiento de cables. Primero, no todo el sedimento excavado se liberará en la columna de agua; en cambio, la mayor parte del material perturbado probablemente se sedimenta rápidamente dentro o cerca de la zanja y, por lo tanto, puede volver a enterrarse de manera efectiva, lo que limita el potencial de remineralización. Que el sedimento rellene rápidamente una zanja dependerá de la naturaleza del sedimento (p. ej., el tamaño del grano), las corrientes oceánicas predominantes cerca del lecho y otras condiciones ambientales de fondo. En muchos casos se ha observado que las trincheras pueden volver a llenarse en semanas o años en la plataforma continental, pero en algunos casos en el talud continental, donde el suministro de sedimentos es bajo, esto puede demorar más de 15 años21. Es probable que un control particularmente importante sea la herramienta de enterramiento de cables que se utilice y la naturaleza de la perturbación inicial. En el caso de arado y excavación de zanjas, el sedimento generalmente se asienta rápidamente (en particular, el sedimento granular, como la arena) y se deposita cerca del sitio de excavación inicial; en muchos casos inmediatamente (total o parcialmente) rellenando la zanja21. En tales casos, se reducirá la probabilidad de remineralización; sin embargo, en el caso de los chorros (que fluidifican el sedimento), las columnas suspendidas de sedimentos finos (del tamaño de arcilla y limo) pueden dispersarse más ampliamente por las corrientes oceánicas, lo que demora días en asentarse y, por lo tanto, aumenta las posibilidades de remineralización21,36. En segundo lugar, las tasas de mineralización del carbono orgánico dependerán de factores externos. Por ejemplo, no todo el carbono orgánico almacenado en los sedimentos es lábil y es posible que no se remineralice después de una perturbación37. Estudios previos han intentado calcular una tasa de oxidación global media; sin embargo, existe una variabilidad significativa, debida en gran parte a los controles ejercidos por la profundidad del océano, la tasa de deposición y la productividad primaria, lo que genera grandes incertidumbres38. La degradabilidad del carbono orgánico y, por tanto, las tasas de remineralización, dependen en gran medida del entorno fisiográfico y de los procesos químicos, biológicos y físicos asociados38,39,40. Por ejemplo, las diferencias regionales en la columna de agua y las concentraciones de oxígeno en los sedimentos y, por lo tanto, las tasas de remineralización de carbono marcadamente diferentes, pueden ocurrir en diferentes áreas, como las zonas costeras hipóxicas que presentarán tasas de remineralización muy bajas41. La tasa de reactividad puede variar en al menos cuatro órdenes de magnitud en los sedimentos marinos de todo el mundo42. En tercer lugar, es posible que las áreas donde están enterrados los cables ya hayan sido rastreadas extensamente; por lo tanto, es posible que las reservas de carbono de los fondos marinos ya hayan sido perturbadas. Finalmente, el entierro de cables se diferencia de la pesca de fondo en que se pretende que sea una actividad única, en contraste con la pesca que lleva a la exhumación repetida3,15. Sin embargo, a falta de estudios de campo relacionados con el enterramiento de cables, consideramos que los rangos de pérdida de carbono determinados a partir de estudios de pesca son una analogía razonable para un cálculo global de primer orden, donde la mayor parte de la pérdida de carbono se observa después de la primera pesca de arrastre3,15, 31

Nuestros resultados indican que hasta la fecha hasta 1,22 km3 de sedimento pueden haber sido perturbados durante el enterramiento de cables de telecomunicaciones (Tabla 1). Esta es de magnitud similar a la perturbada por procesos naturales que pueden exhumar cantidades equivalentes de sedimentos en eventos individuales, como los deslizamientos que ocurren en el talud continental. Por ejemplo, los deslizamientos de tierra provocados por terremotos pueden ser particularmente grandes, como el derrumbe de la pendiente en la cabecera del Cañón Kaikōura (estimado en 1,21 km3 y 7 Mt de carbono orgánico) tras el terremoto de Mw 7,8 en la costa de Nueva Zelanda en 201643 y el Mw 9,0 El terremoto de Tohoku-oki en 2011 provocó un deslizamiento de tierra de 0,2 km3 que transportó poco menos de 1 Mt de carbono orgánico a una profundidad de agua de 7 km11. En 2020, una gran crecida del río Congo desencadenó una avalancha submarina que transportó 2,68 km3 de sedimentos con un contenido de carbono orgánico del 3 al 4 % a una profundidad de agua de 5 km44. Dichos eventos naturales también pueden ser mucho más grandes, como el deslizamiento de tierra de Grand Banks de más de 100 km3, que fue provocado por un terremoto de Mw 7,2 frente a la costa de Terranova en 192945. Estos eventos de perturbación natural se reconocen cada vez más como un factor importante en el destino de la materia orgánica sedimentaria. carbono, ya que pueden canalizar el carbono para que se entierre de manera eficiente en abanicos marinos profundos o fosas abisales, pero también pueden exhumar carbono previamente enterrado que puede remineralizarse11,46. Sin embargo, una diferencia fundamental es que tales eventos son parte de un espectro natural que no se puede controlar, mientras que las actividades humanas se pueden modificar para minimizar el potencial de perturbación del carbono.

Cada vez es más evidente que las actividades humanas pueden ejercer un papel más importante que los procesos naturales con respecto a la perturbación y removilización de sedimentos y carbono4,28,47. Solo en 2015, la producción mundial de sedimentos por actividades humanas se estimó en 150 km3, y se prevé que aumente en el futuro28; sin embargo, este valor solo incluyó el dragado (5,5 km3) en entornos marinos y descuidó otras actividades en alta mar que perturban el lecho marino. Estudios posteriores indican que la pesca de arrastre de fondo puede perturbar volúmenes de sedimentos significativamente mayores (alrededor de 50 km3 al año); equivalente a una perturbación sedimentaria de hasta 21.870 Tm/año4,17,48. Nuestra estimación superior anual de perturbación de sedimentos de 0,04 km3 por cable enterrado es considerablemente menor que los valores para estas actividades marinas; debido principalmente a la huella de área más pequeña (es decir, los caladeros de arrastre cubren 4,9 × 106 km2,13 en comparación con 3–6 × 102 km2 para el entierro de cables) a pesar de la mayor profundidad de penetración debajo del lecho marino del entierro de cables. Se ha estimado que la pérdida anual de carbono orgánico sedimentario debido a la pesca de arrastre de fondo es > 60 Mt (asumiendo conservadoramente que solo se altera el 1 cm superior y se pierde el 30 %17), que es al menos dos órdenes de magnitud mayor que la cantidad acumulada carbono orgánico total perdido debido al enterramiento de cables desde que se instalaron los cables de fibra óptica modernos (Fig. 5). Si bien las cantidades de carbono orgánico perdido debido al entierro de cables son órdenes de magnitud menores que las asociadas con otras actividades humanas como la pesca de arrastre y el dragado en aguas profundas, son cantidades no triviales que actualmente no están incluidas en ningún cálculo global y se suman a la manera compleja en que los humanos han alterado y continúan alterando los sistemas sedimentarios naturales47. A la luz de los esfuerzos en curso para administrar de manera más efectiva los presupuestos de carbono marino, es fundamental limitar la perturbación de las reservas de carbono sedimentario cuando sea posible. Por lo tanto, ahora discutimos enfoques que pueden limitar tal perturbación.

Tenga en cuenta que esto se refiere a los volúmenes de carbono potencialmente perturbados, pero sigue existiendo una gran incertidumbre con respecto a cuánto de ese carbono se remineralizará y, por lo tanto, se perderá. Datos basados ​​en registros de acceso abierto de Telegeography (https://www.submarinecablemap.com/).

Las rutas de cable en la plataforma continental generalmente no cruzan muchas de las regiones que albergan las mayores reservas de carbono sedimentario (Fig. 1B). Esto refleja en gran medida el hecho de que la mayoría de las rutas de cables submarinos existentes se encuentran en latitudes bajas a medias, mientras que muchos de los puntos críticos con alto contenido de carbono sedimentario se concentran en el Ártico, que actualmente no es una región bien desarrollada para las rutas de cables de telecomunicaciones49. De manera similar, rara vez se cruzan muchos otros puntos críticos de carbono sedimentario, como en la costa de Namibia, Perú y Baja California. Las rutas de cable en el Mar Báltico parecen coincidir con reservas de carbono sedimentario superiores al promedio, con otros puntos críticos notables atravesados ​​en el sudeste asiático (Fig. 4). Se requiere una mayor restricción sobre el potencial de mineralización del carbono alterado. En particular, el mapeo de las áreas que son más vulnerables a la pérdida de carbono debería ser el foco de futuros estudios50.

Los cálculos de reservas de sedimentos de carbono global que se utilizan aquí se basan en un modelo de aprendizaje automático entrenado con n = 11 578 núcleos de sedimentos, que proporciona una superficie de predicción de salida con una resolución horizontal de 5 × 5 minutos de arco (c.5–9 km). Como consecuencia de esta resolución espacial relativamente baja, el modelo global no incluye muchos puntos críticos muy localizados de enriquecimiento de carbono sedimentario. Estos puntos críticos de carbono incluyen ecosistemas costeros, como manglares y praderas de pastos marinos, y cañones submarinos de aguas profundas51,52,53,54. Sin embargo, los puntos críticos de carbono orgánico, como los cañones submarinos, se evitan en la medida de lo posible para los cables submarinos, ya que su terreno irregular y empinado representa un peligro para el enrutamiento, y son más propensos a peligros naturales como deslizamientos de tierra submarinos y avalanchas de sedimentos que pueden dañar los cables18. De la longitud total de los cables submarinos, solo el 2,8% cruza cañones submarinos (Fig. 1B) y se colocan predominantemente en la superficie, en lugar de enterrados debido a las profundidades del agua en las que se encuentran; por lo tanto, cualquier perturbación será menor21. Los manglares y las praderas de pastos marinos también se evitan mediante el enrutamiento de cables cuando sea posible, principalmente debido a la ecología sensible que soportan; sin embargo, cuando sea necesario cruzar dichas áreas, se pueden aplicar medidas correctivas, como la eliminación de pastos marinos de las rutas y la replantación después de la colocación de cables, la siembra de semillas de pastos marinos o el uso de un arado vibratorio personalizado en marismas que se demostró que limita pérdida de sedimento de la zanja y donde la recuperación total ocurrió dentro de los cinco años55. La perforación direccional se ha utilizado para instalar cables debajo de áreas costeras sensibles para evitar completamente cualquier perturbación56. Los sistemas de carbono azul, como las praderas de pastos marinos y los manglares, no están incorporados en el modelo global utilizado aquí; por lo tanto, más evaluaciones locales ayudarían con la planificación de rutas. Los depósitos cercanos al fondo marino con contenidos extremadamente altos de carbono orgánico, como las turbas enterradas en el Mar del Norte (hasta un 50 % del contenido total de carbono orgánico), pueden ser especialmente vulnerables a las perturbaciones; sin embargo, se ha hecho poco para limitar su alcance o las consecuencias de las grandes pérdidas de carbono irrecuperable de estas reservas a largo plazo57,58,59. Los picos pasados ​​en la demanda de conectividad digital vieron la instalación de un mayor número y longitud de cables submarinos (por ejemplo, el "boom de las puntocom" de fines de la década de 1990; Fig. 5). Por lo tanto, la demanda futura de conectividad de gran ancho de banda puede ver una expansión similar de la red de cable submarino, incluidas nuevas rutas en áreas que pueden presentar altas reservas de carbono sedimentario. Sugerimos que la perturbación potencial de las reservas de carbono sedimentario y, en particular, la minimización de los impactos en los puntos críticos de carbono, deben tenerse en cuenta al planificar las rutas de los cables, de manera similar a la evaluación de los peligros naturales, las actividades humanas y los impactos ambientales.

Dados los impactos ambientales menores de los cables tendidos en la superficie25,26,27, podría ser tentador sugerir que se evite enterrar los cables para minimizar la perturbación de las reservas de carbono sedimentario. Sin embargo, la función principal del entierro de cables es la protección contra las actividades humanas, en particular, la pesca de arrastre de fondo. De hecho, la principal razón por la que los cables se entierran en profundidades de agua de hasta 2000 m se debe a la expansión de la pesca de fondo. Si se redujeran los esfuerzos de pesca de fondo (por ejemplo, limitando la profundidad de penetración de las tablas de nutria) o restringiéndolos cerca de las rutas de cable, esto proporcionaría un doble beneficio para la preservación del carbono sedimentario: (i) limitando la profundidad y la intensidad de la perturbación por parte del fondo arrastre60,61; y además, (ii) reducir la profundidad o evitar la necesidad de enterrar completamente el cable en aguas profundas. Una zona de protección de cables en el Estrecho de Cook, Nueva Zelanda, cubre un área de 236 km2 dentro de la cual no se permite el fondeo ni la pesca36. Tales iniciativas en otros lugares pueden proporcionar beneficios mutuos para la resiliencia de los cables y para la ecología marina, ya que pueden crear un efecto de reserva al restringir otras actividades humanas.

A diferencia de la pesca en aguas profundas, que puede afectar repetidamente un caladero, el entierro de cables está destinado a ser una actividad única; por lo tanto, cualquier perturbación generalmente se restringe a ese período inicial, con la excepción de los casos impredecibles y raros en los que se requiere reparación. Históricamente, cuando llegan al final de su vida operativa, los cables se han dejado en su lugar debido a su naturaleza inerte. De hecho, se ha observado que secciones recuperadas de cables del Pacífico y el Atlántico están casi prístinas y físicamente intactas después de casi 50 años62. Esta degradación limitada apoya el caso de dejar los cables en su lugar; sin embargo, estas mismas propiedades hacen que los cables fuera de servicio sean potencialmente objetivos de reciclaje de alto grado, particularmente los componentes de plástico de polietileno, acero y cobre. Si bien esta es una contribución potencialmente valiosa para mejorar la sostenibilidad, evaluar si un cable fuera de servicio debe reciclarse o dejarse en su lugar debe considerar cuidadosamente cualquier impacto adverso que su recuperación pueda tener en el medio ambiente del fondo marino, las comunidades bentónicas21 y las reservas de carbono sedimentario. Si bien los volúmenes de perturbación de sedimentos y carbono que estimamos en este estudio pueden ser significativamente más pequeños que actividades como la pesca, es importante limitar los efectos de cualquier actividad humana que pueda perturbar las reservas de carbono sedimentario y proporcionar una guía de planificación marina para minimizar perturbación donde sea posible. Los impactos en las reservas de carbono se han ignorado en gran medida para otras actividades humanas que involucran la excavación de sedimentos del fondo marino, como el enterramiento de oleoductos y gasoductos, cables que transfieren electricidad y cimientos de gran diámetro para estructuras de energías renovables en alta mar, pero deben considerarse en el futuro. , particularmente a medida que los desarrollos de infraestructura se extienden a puntos críticos de carbono sedimentario como el Ártico49.

La creciente demanda de transferencia de datos y comunicaciones internacionales de gran ancho de banda significa que la red global de cables submarinos continúa creciendo rápidamente, incluidas nuevas rutas a regiones que antes no estaban conectadas y la mejora de las conexiones existentes. Estas conexiones juegan un papel fundamental en el desarrollo sostenible y reducen la dependencia de los viajes nacionales e internacionales. Si bien el impacto ambiental físico de estos cables es relativamente menor, hemos demostrado que el volumen total de la perturbación sedimentaria debido al entierro del cable (aunque durante varias décadas) puede ser equivalente al exhumado durante las principales perturbaciones naturales, como un deslizamiento de tierra submarino. Destacamos las oportunidades para minimizar la pérdida de carbono para futuras rutas de cable y proponemos que restringir la actividad pesquera cerca de las rutas de cable puede tener un doble beneficio, ya que disminuye la pérdida de carbono debido a la pesca de arrastre de fondo y reduce o evita la necesidad de enterrar cables en aguas profundas. Este estudio presenta una evaluación global del carbono sedimentario que puede haber sido perturbado por el enterramiento de cables, pero las incertidumbres en nuestras estimaciones subrayan una necesidad apremiante de estudios de calibración de campo y de laboratorio para determinar el destino del carbono orgánico perturbado. Dichos estudios son esenciales para limitar la perturbación y pérdida de carbono orgánico en una amplia gama de profundidades de agua y diversos entornos fisiográficos y oceanográficos, para cuantificar la verdadera pérdida y vulnerabilidad del carbono orgánico sedimentario a las actividades humanas.

La profundidad y el ancho de la perturbación del fondo marino dependen de los requisitos de protección, la naturaleza del sustrato del fondo marino y el tipo de técnica de enterramiento de cables que se utiliza (Fig. 2). Sobre la base de estudios previos, incluidos estudios de campo de perturbaciones previas y posteriores a la instalación, asumimos un rango de profundidades de enterramiento creíbles (0,5 a 2,0 m) y ancho de perturbación del fondo marino (0,5 a 1,0 m) según los valores publicados18,21 . A continuación, proporcionamos detalles sobre los diferentes tipos de técnicas de enterramiento de cables.

El arado consiste en tender y enterrar simultáneamente un cable y es una técnica muy utilizada21. Los arados son remolcados por un barco de tendido de cables e incluyen un conjunto montado sobre patines u orugas desde el cual se excava un surco estrecho con una hoja ('reja de arado') hasta la profundidad de entierro deseada, que puede ser de hasta 3 m por debajo del fondo marino. . Luego se permite que el sedimento excavado vuelva a caer y llene el surco. El ancho físico de la reja de arado comercial más grande que corta el surco es de 45 cm (SubCom, Com. Pers.), pero normalmente es de 30 cm55. Los patines de arado a ambos lados del surco pueden tener hasta 75 cm de ancho y pueden comprimir los sedimentos del fondo marino; el grado en que esto ocurre depende de su rigidez. El ancho final del surco excavado también depende del tipo de sedimento. Por ejemplo, un surco de 45 cm de ancho podría ensancharse en sedimentos poco consolidados si las paredes laterales del surco colapsan dentro del surco mismo. En sedimentos cohesivos, el ancho del surco probablemente sea igual al ancho de la reja del arado; sin embargo, en sedimentos granulares, el ancho puede ser ligeramente mayor (<1 m21). El arado está limitado por la longitud del cable umbilical y de remolque a un máximo de 1200 a 1500 m de profundidad del agua, donde el arado se vuelve difícil de controlar, especialmente al bajar o subir pendientes sobre la plataforma continental.

La inyección a chorro se utiliza normalmente cuando las condiciones del lecho marino son desfavorables para el arado, como en pendientes pronunciadas o en profundidades de agua superiores a 1200–1500 m, aunque este último caso es raro21. Esta técnica implica la fluidización del lecho marino debajo de una "espada" que se despliega desde un vehículo operado a distancia que puede extenderse hasta una profundidad de 3 m por debajo del lecho marino, para fluidificar un área de 15 a 30 cm de ancho. El cable está cubierto por sedimentos que se asientan del lodo fluidizado. El chorro en sedimentos cohesivos tiende a crear perfiles de lados empinados, mientras que los perfiles más anchos son más comunes en los sedimentos granulares. Los anchos de perturbación del fondo marino observados son <1 m y, por lo general, mucho más estrechos21. La limpieza a chorro perturba el sedimento mucho más que el arado, y puede crear bermas de arena y grava cerca de la zanja (<100 m) y puede dispersar el lodo en suspensión más ampliamente (hasta 2 km21).

Menos común es el uso de zanjadoras mecánicas, donde un vehículo con orugas usa una excavadora de cadena mecánica o cortadores de roca para excavar una zanja en áreas de fondo marino rocoso. La excavación de zanjas puede alcanzar profundidades de hasta 1,5 a 3 m por debajo del lecho marino, con anchos de <1 m. El enrutamiento de cables generalmente evita áreas de sustrato rocoso y, dado el costo y los impactos ambientales de la excavación de zanjas, este es el último recurso. En muchos casos en los que se deben atravesar fondos marinos rocosos, los cables se colocan en una cubierta protectora en el fondo marino en lugar de intentar enterrarlos21,27. En las zonas cercanas a la costa donde el enterramiento de cables puede no ser posible debido a los sustratos desafiantes o debido a la presencia de hábitats sensibles (por ejemplo, pastos marinos, manglares), se puede usar la perforación direccional horizontal. Este enfoque implica la perforación de un agujero en el subsuelo, a través del cual pasa un cable y evita cualquier perturbación del fondo marino21.

La longitud total de los cables de telecomunicaciones submarinos se determinó sumando la longitud total de todas las secciones de cable identificadas individualmente en una base de datos propietaria proporcionada para este proyecto por Global Marine Ltd. Esta base de datos detalla las ubicaciones precisas de los cables, incluidos los cables operativos y aquellos que han sido fuera de servicio (cables fuera de servicio). La verificación cruzada de esta longitud con una base de datos de acceso abierto de longitudes de cable (Telegeography: https://www.submarinecablemap.com/), indica una diferencia de menos del 3 %, con una longitud total calculada a partir de la base de datos Global Marine de 1,82 × 106, en comparación con 1,88 × 106 de Telegeography. De la longitud total en la base de datos de Global Marine, se informó que el 13,6% de la longitud del cable (2,47 × 105) estaba fuera de servicio a partir de diciembre de 2020. Como la base de datos de Telegeography no proporciona información de ubicación precisa, necesariamente utilizamos la base de datos de Global Marine para calcular la longitud del cable que requiere ser enterrado. Se estima que el 13,5% de la longitud total se encuentra dentro de las áreas fuera de la jurisdicción nacional.

Para calcular el volumen de sedimento perturbado por las actividades de enterramiento de cables, primero determinamos la longitud de los cables que se colocan en las profundidades del agua donde se requiere el entierro. Usamos el mapa batimétrico de los océanos de GEBCO de 2022 (GEBCO, 2022) para determinar las profundidades del agua a lo largo de cada una de las rutas de cable en la base de datos Global Marine. Primero excluimos todas las longitudes de cable que se encuentran en profundidades de agua >2000 m. Luego diferenciamos por longitudes de cable que se encuentran en la plataforma continental, la plataforma continental entre una profundidad de agua de 1500 m, y entre 1500 m y 2000 m (basado en el mapa Geomorfológico Mundial del Fondo Marino de GRID Arendal63. Hacemos esta diferenciación porque los cables son generalmente enterrado a profundidades de agua de hasta 1500 m, pero en algunas regiones (particularmente el Atlántico NE) a veces se requiere el entierro a profundidad de agua de 2000 m Al hacerlo, nuestro objetivo es proporcionar un límite superior conservador (es decir, incluyendo profundidades de agua de hasta a 2000 m). Luego relacionamos estas longitudes de cable con las dimensiones de las zanjas excavadas para el entierro del cable, que proporcionan los límites superior e inferior para el volumen de sedimento potencialmente perturbado. El área del lecho marino perturbado se obtiene multiplicando la longitud del cable por el ancho de la zanja (0,5 –1,0 m), y luego lo relacionamos con el volumen de sedimentos perturbados multiplicando ese valor por la profundidad de la zanja (0,5–2,0 m). Finalmente, relacionamos los volúmenes de sedimentos perturbados con las existencias de carbono sedimentario modeladas a nivel mundial de Atwood et al.2. Hacemos esto de dos maneras. Primero, simplemente basamos esto en los valores promedio globales de carbono/km2 dentro del metro superior por debajo del lecho marino que Atwood et al. prever la plataforma continental y el talud continental. En segundo lugar, usamos los valores mapeados de carbono/km2 del modelo global de Atwood (es decir, Fig. 2B), extrayendo los valores a lo largo de cada ruta de cable para permitir un cálculo más resuelto geográficamente. Cuando asumimos un escenario de profundidad de entierro de 0,5 m, duplicamos este valor, y para una profundidad de entierro de 2 m, duplicamos el valor.

Calculamos la longitud de los cables que cruzan los principales dominios fisiográficos en el océano, así como los puntos clave de biodiversidad marina, es decir, los cañones submarinos, recortando las polilíneas de cable en ArcGIS versión 10.8 a la medida de los archivos de forma del mapa de geomorfología del fondo marino mundial de GRID Arendal. ,

Los datos batimétricos de los que se extrajeron las profundidades del agua de las secciones de la ruta del cable se reproducen de GEBCO_2022 Grid, GEBCO Compilation Group (2022) GEBCO 2022 Grid (https://doi.org/10.5285/e0f0bb80-ab44-2739-e053-6c86abc0289c) y se puede acceder en https://www.gebco.net/data_and_products/gebco_web_services/web_map_service/. Se puede acceder al mapa geomorfológico mundial del fondo marino a partir del cual se calcularon las extensiones de las plataformas continentales, el talud continental y otros dominios fisiográficos en https://www.arcgis.com/home/item.html?id=3a40d6b0035d4f968f2621611a77fe64. Si bien la base de datos de las ubicaciones precisas de los cables utilizada para nuestro análisis es de propiedad exclusiva, la ubicación aproximada de las rutas de los cables se puede descargar en https://github.com/telegeography/www.submarinecablemap.com. El mapeo global de carbono orgánico sedimentario utilizado en nuestro análisis está disponible en https://figshare.com/articles/dataset/Global_marine_sedimentary_carbon_stock/11956356. Los contornos de los países se obtuvieron de Natural Earth y la versión 5.1.1. del conjunto de datos de acceso abierto de resolución de 10 m se puede descargar desde https://github.com/nvkelso/natural-earth-vector/find/master.

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MAC reconoce la financiación del Programa de Capacidad Nacional del Consejo de Investigación del Medio Ambiente Natural (NERC) (NE/R015953/1) "Ciencia del Sector Atlántico Vinculada al Clima" y del Comité Internacional de Protección de Cables. Agradecemos a Global Marine Ltd por brindar acceso a una base de datos global de cables de telecomunicaciones.

Grupo de Investigación de Biogeociencias Oceánicas, Centro Nacional de Oceanografía, Southampton, Reino Unido

MA Clare y A. Lichtschlag

Instituto Geológico, ETH Zürich, Zürich, Suiza

S. Paradis

Escuela de la Tierra y el Medio Ambiente, Universidad de Leeds, Leeds, Reino Unido

NLM Barlow

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El estudio fue concebido por MAC El análisis fue dirigido por MACAL, SP y NLMB contribuyeron al desarrollo, redacción y edición del manuscrito.

Correspondencia a MA Clare.

MAC reconoce el apoyo financiero del Comité Internacional de Protección de Cables que apoyó el análisis de la huella espacial de los cables submarinos y la extensión de su entierro. Todos los demás autores declaran no tener intereses en competencia.

Nature Communications agradece a Cai Ladd, Paul Lundgren y a los revisores anónimos por su contribución a la revisión por pares de este trabajo. Los informes de los revisores están disponibles.

Nota del editor Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Clare, MA, Lichtschlag, A., Paradis, S. et al. Evaluación del impacto de la red mundial de telecomunicaciones submarinas en las reservas de carbono orgánico sedimentario. Nat Comun 14, 2080 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-37854-6

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Recibido: 30 Agosto 2022

Aceptado: 28 de marzo de 2023

Publicado: 12 abril 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-37854-6

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